近日，我室高成伟助理研究员、研究生张家辉、林常规研究员等在期刊“ACS Applied Materials & Interfaces （IF=10.383）”发表了题为“Enhancing the Interfacial Stability of the Li₂S–SiS₂–P₂S₅ Solid Electrolyte toward Metallic Lithium Anode by LiI Incorporation” 的论文（15, 1392-1400, 2023）。文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c19810。

       能源安全与环境治理是二十一世纪人类面临的两个重要挑战，使用清洁的锂离子电池可以有效降低化石燃料燃烧带来的环境污染。然而目前商用的锂离子电池因使用液态电解质而易发生燃烧和爆炸，有极大的安全隐患，全固态电池采用了固态电解质，热稳定性好，不易燃烧，且与锂金属负极（3860 mAh g^-1）的相容性好，能实现更高的能量密度，约是石墨负极（372 mAh g^-1）的10倍，得到了学术界和工业界的广泛关注。然而全固态电池在循环过程中也不可避免地发生锂枝晶生长，穿透固态电解质（SSE），使电池短路失效。此外，锂枝晶缠绕或断裂形成的“死锂”可造成电池容量严重衰减。

       本工作选择了成玻性能较好的60Li₂S-28SiS₂-12P₂S₅作为基质玻璃，在其中加入了LiI，制备了一系列（100-x）（60Li₂S-28SiS₂-12P₂S₅）-xLiI（x=0、10、20、30和40）玻璃电解质，系统性研究了卤素I对基质玻璃电化学传输能力，界面稳定性的影响。图1为Li₂S-P₂S₅-SiS₂-LiI的奈奎斯特图和直流偏压曲线，LiI掺杂的SSE表现出更小的阻抗，到30LiI达到峰值，为1.74 mS cm^-1。且所有制备的SSE显示出10^-8S cm^-1范围内的电子电导率，这种低电子传导能力满足了实际应用中全固态电池对SSE电子阻断能力的要求。图2为Li₂S-P₂S₅-SiS₂-LiI的恒流充电/放电循环，随着LiI的引入，其临界电流密度在30LiI时达到最大，为0.85 mA cm^-2，保证了其高电流密度下的功率性能。同时，高温工作是SSE的优势之一，在65℃温度下30LiI的CCD达到了1.65mA cm^-2，在0.1 mA cm^-2的长循环下，30LiI SSE稳定循环了350 h且电压曲线基本没有发生波动，没有明显的界面退化或枝晶形成。结果表明通过LiI掺杂的SSE可以抑制锂枝晶的生长，即使在长时间循环后，LiI掺杂的SSE也能确保与锂金属电极之间良好的界面接触，有应用于全固态电池的潜力。

图1  Li₂S-P₂S₅-SiS₂-LiI的（a）奈奎斯特图；（b）0.1V电压下对称电池直流偏压曲线

图2  Li/SSEs/Li对称电池的恒流充电/放电循环。（a）Li₂S-P₂S₅-SiS₂-LiI的临界电流密度与组分之间的关系；（b）室温下base的CCD；（c）室温下30LiI的CCD；（d）65℃下30LiI的CCD；（e）base和30LiI在0.1mA cm^-2电流密度下的长循环，每个充电和放电步骤的时间为0.5h。